“拿着锤子找钉子” 量子科技产业化大幕拉开
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◎记者 陈其珏 刘怡鹤
只要在内部装上一颗小小的钻石，它就能测量芯片的缺陷，甚至地球的磁场……
原本需要静置一两周才能检测出是否漏电的锂电池，用上它后只要几分钟就完成检测……
用它辅助新药研发，研发时间可从数年缩短到两个月……
这个神乎其技、玄而又玄的“它”，指的是基于量子技术的各类仪器设备。作为当下全球最前沿的科技之一，量子已是各国战略较量的“必争之地”。
党的二十届三中全会提出，完善推动新一代信息技术、人工智能、航空航天、新能源、新材料、高端装备、生物医药、量子科技等战略性产业发展政策和治理体系，引导新兴产业健康有序发展。
日前，上海证券报记者在国内量子产业集聚地合肥调研采访多家量子龙头企业，了解到量子领域的诸多最新应用成果。记者获悉，一项有助于推动和规范量子产业发展的顶层规划也在积极制定中。对这项当今全球最前沿的黑科技来说，产业化的大幕已经徐徐拉开。
碾压传统计算机的“大家伙”
漫步在国盾量子一楼展厅，随处可见量子成像雷达、量子密钥分发设备、自由运行单光子探测器、量子安全SIM卡等一系列量子科技产品，但最引人注目的还是角落里一只从天花板上垂下来的白色大圆罐。
大圆罐顶部用金属支架牢牢固定，支架左侧垂下密密麻麻的线缆，线缆的一头与圆罐内部相连，另一头则接入左下方堆叠着的、如保险箱大小的十台机箱，再加上右下方的显示设备，就组成了闻名遐迩的“祖冲之二号”超导量子计算机同款真机。整个装置由国盾量子自主搭建完成，占地面积约35平方米。
白色大圆罐的学名叫稀释制冷机，罐内温度可接近绝对零度，也就是零下273度左右。因超导量子芯片需要在极低温的环境下才能呈现超导状态，故必须依靠这个大圆罐提供运行环境。而神秘的量子芯片，则位于圆罐的底部。
“之前，稀释制冷机只有美国、芬兰等少数国家能制造，但最近，国盾携手中国科学技术大学等攻克了相关技术，终于有了自主研发生产的稀释制冷机。”国盾量子一位内部人士对记者说。
十台机箱是超导量子计算机的测控系统，用来控制和读取信号的重要外部电子设备，相当于经典计算机中的主板。
至于这些如发束一般的线缆则是信号传输线，连接着测控系统。每单台测控系统可以控制8个物理比特，共控制66个物理比特。
这66个物理比特再加上110个耦合比特，合起来就是“祖冲之二号”的176个量子比特。
所谓量子比特是量子计算的基本单位，而量子计算是一种基于量子力学原理调控量子比特进行计算的新型计算模式。与传统计算机相比，量子计算机具有指数级的计算能力优势，这意味着其不仅有望破解当下几乎所有被广泛使用的公钥算法密码，更可赋能其他各个需要极大算力的领域，如人工智能、无人驾驶等。
“量子计算在工业上用途广泛，以医药为例，研发一种新药实际上就是在自然界发现一种不存在的分子结构，用现有算法大概要几年时间才能发现，但使用量子计算，只需要不到两个月。”一位不愿具名的行业人士对记者说。
在他看来，这就相当于算盘和电脑的差距，两者不是一个等量级的。
在中国科学技术大学上海研究院执行院长陆朝阳看来，量子计算的发展可分为几个阶段：第一阶段是对一些原理进行演示；第二阶段，转向真正能解决现有知识框架和算力所不能及的问题，即“量子计算的优越性”。
目前，量子计算已跨过原理演示的第一阶段，进入第二阶段，即实现“量子优越性”。
2019年，谷歌宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，在全球首次实现“量子优越性”。而记者此次所见的“祖冲之号”则帮助中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。
量子应用场景无限
日常生活中随处可见的火腿肠，其生产竟然也可用到量子科技。
记者在某头部量子测量公司调研时了解到这样一个故事：在生产过程中，磨损的金属工具有可能掉进火腿肠中；甚至猪在打疫苗时，针头也可能断在猪腿上，继而被加工到火腿肠中。
虽然出现的概率很低，但这些异物一旦被消费者吃到，就是极大的食品安全问题，为此需要精确检测。而现有的火腿肠生产检测设备，很难高效灵敏地检测金属异物。
“金属异物的磁性比肉类高几个量级，但凡有一点点金属粉末，量子传感器就能测出来。”该公司有关负责人说，“一家大型肉制品加工厂曾找到我们希望解决这个痛点。我们自己也没想到，量子精密测量还可用到火腿肠生产中。”
尽管由于成本关系，这一应用尚未最终落地，但它无疑给量子应用的未来打开了无限可能空间。和量子计算、量子通信相比，量子测量是最接近落地且应用场景非常广泛的量子科技。
在国盛量子和国仪量子等公司调研时，记者都见到了这样一颗钻石——色心中掺入氮原子、反射着红色光的纯度极高的人造金刚石。该钻石对温度、磁场等高度敏感，且长期稳定，是量子传感器的核心部件。
通过几十道工艺，其可被加工成直径0.5纳米的颗粒，装在直径500纳米的探针尖端，成为原子尺度的传感器。如果说传感器是智能系统的眼睛，那么量子传感器可谓真正的“火眼金睛”——大到测量地球的磁场，小到测量芯片的缺陷，从治病救人，再到“上天入海”，它都有用武之地。
据了解，量子传感器之所以能做到如此精准，是由于传统测量磁场、电流值或温度的传感器是将待测物理量转化为电阻形式，而量子测量是将测量对象转化成时间。目前，最精确的时间测量可达到10的负19次方，也就是几百万年时间误差不超过一秒钟。
这也使得量子时钟得以成为当今世界最准的计时装置。
除此之外，重力仪也是量子技术的一项重要应用——用它检测地震数据和地质的变化，就可据此提升地震预报精度。
“以前这类仪器都是进口的，但现在国产设备也有了，对地震的测量将更加精准，且可实现长期的数据积累。”国盾量子副总裁唐世彪说。
“我们向各行各业介绍量子科技，就像‘拿着锤子找钉子’。”国仪量子副总裁许克标形容。近年来，随着量子知识的普及，不少企业也带来研发生产过程中存在的技术难题寻求新解决方案。一次次的“思想碰撞”中，量子科技不断找到新的应用场景。
在一家头部锂电池厂商的电池装配线上，平均2.5分钟就有一套完整电池组下线。但生产出来的电池，还要检测是否存在轻微漏电以规避自燃隐患。按目前的检测方式，电池生产出来后需要先充满电，再于恒温恒湿的空间中放置一到两周，观察其漏电速度，这个过程周期长、成本高，极大减缓了电池的周转效率，是锂电生产质控环节的一个显著痛点。
一次偶然的机会，这家头部企业在政府组织的产业对接活动上意外发现，用量子技术竟能轻易解决这个痛点。因电池在自放电过程中会产生微弱电流，其产生的磁场可被量子测量设备检测到。用这种测量方法可做到即产即检，有望大幅缩短电池出货周期和成本。
“目前，我们正和多家电池生产商推进合作，研发原理样机，推进导入验证。”许克标说。
此外，量子测量技术在我国当下如火如荼的特高压建设中也能扮演重要角色，国盛量子与国仪量子两家企业均有所布局。
据国盛量子技术总监、中科院量子信息重点实验室特任副研究员张少春介绍，目前我国特高压线路电流测量使用进口光CT监控电流，最大痛点是受温度影响很大。搭载金刚石量子传感器的量子电流互感器，可以实现大动态范围、高精度、高稳定性、低温漂的交直流电流测量，可应用在新能源发电、高压柔性直流输电、交直流变电站等场合。
“国盛量子与国网安徽公司目前正在联合研发第三代量子电流测量设备，计划到今年年底前将成本降到接近传统测量设备的水平。届时，量子测量的电力市场应用有望打开。”国盛量子董事长、总经理赵博文说。
业界期待出台专项政策
量子科技已成为新一轮科技革命和产业变革的必争领域之一。记者在此次调研中了解到，一项有助于推动和规范量子产业发展的顶层规划在积极制定中，并在业内部分层面开始征求意见。
今年年初，工业和信息化部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》（以下简称《实施意见》），量子计算机被列为未来产业的创新标志性产品。《实施意见》还提出，将围绕量子信息等专业领域制定专项政策文件，形成完备的未来产业政策体系。
在产业协同方面，量子信息产业链多个环节还处于从0到1的阶段。以做量子传感器为例，张少春透露，从材料制备、器件研制再到装置集成，国盛量子都花费了大量时间调研和培养上游。尤其是部分环节并非技术上达不到，而是传统产业没有形成足量需求，上游公司就不会投入精力研发。这种模式增加了研发周期，也让成本难以降下来，而降本是扩大产业应用的先决条件。
记者在调研中发现，国内量子产业仍存在“叫好不叫座”的现象。以量子通信为例，量子通信的主要应用场景是加强信息安全。但实际上，有时受限于政策、资金或其他条件，量子通信的应用推进较缓慢。
赵博文说，量子科技作为新质生产力的代表，近年来越来越受到资本市场的关注，但目前量子科技产业中民营资本参与者并不多，小型初创企业的资金支持基本上还是以政府投资基金为主。“我们期盼有一个好的引导，让产业资本、民营资本也进一步参与进来，对技术创新与产业发展形成强大助力。”
“量子科技作为未来产业，意味着其发展在全球少有成熟经验可循。”唐世彪提出，我国在量子通信赛道上已形成先发优势，这离不开我国独有的新型举国体制。
在他看来，保持道路自信和战略定力非常重要，业界也非常期待出台量子信息的专项政策。
